基于UML 的分布式防御作戰概念描述方法*

彭斯明，肖 剛，林 金

（北京系統工程研究所，北京 100101）

0 引言

作戰概念作為未來軍事斗爭準備的中心工作之一，目前正越來越受到研究人員的重視［1-4］。通過重組現有武器裝備，構建新的作戰體系、作戰概念，不僅可以充分挖掘現有武器裝備的作戰潛力，還可以牽引武器裝備的研發工作。其次，作戰概念通過提出新的作戰樣式和武器裝備，還可以推動對決定作戰能力建設的編制體制與之相適應，并對編制體制的生成、維護、建設等各個環節產生影響。此外，條令條例是關于作戰行動的規范依據，作戰概念通過進入條令條例得到固化，并以頒布關于能力、行動、生活等方面的法規進行體現。近年來，很多有影響力的典型作戰概念被陸續提出，如美軍的“分布式殺傷”、“多域戰”、“分布式防御”等［5-7］，這些作戰概念的提出對美軍未來武器裝備的發展、編制體制、條令條例建設等均產生了重大影響。

作戰概念通常涉及裝備、指控等眾多領域，屬于復雜系統范疇，為了便于不同領域研究人員之間有效的溝通和交流，采用統一的結構框架和形式化建模語言是進行作戰概念設計與描述的有效方法。文獻［1-2］以目前較為成熟的美國國防部體系結構框架（DoDAF）為基礎，提出了裝備作戰概念的多視圖描述框架。由于DoDAF 包含的視圖產品較多而且不涉及具體的描述語言，導致相關產品的開發復雜度較高而且周期也往往較長。另一方面，目前主要的建模語言有IDEF0、UML、Petri 等［8-9］。其中，統一建模語言（Unified Modeling Language，UML）是一種面向對象的標準化建模語言，能夠從仿真系統開發的角度，以可視化和圖形化的表達方式描述復雜系統的靜態結構和動態行為。同時，UML 的圖形和DoDAF 的視圖產品之間還存在較好的對應關系［10-11］，因而采用UML 來進行作戰概念描述具有良好的應用前景。目前，圍繞UML 在軍事概念建模中的研究也取得了一定的成果［12-17］。

本文以UML 為基礎，綜合利用UML 的用例圖、類圖、時序圖和活動圖等視圖，對分布式防御作戰概念進行形式化描述和驗證，為科學開展作戰概念的設計和描述提供理論和方法支撐。

1 作戰概念描述

1.1 分布式防御

分布式防御是2018 年1 月美軍繼“分布式殺傷”和“多域戰”之后提出的又一個新作戰概念。為了應對對手日益嚴峻的空中和導彈威脅，美軍提出對其“一體化防空反導”作戰概念進行升級，將分散部署的傳感器和火力單元通過網絡進行集成，從而建設一支更靈活、更有彈性和要素更為分散的防空反導部隊。

具體而言，分布式防御作戰概念包括以下7 個方面的主要內容［7］：

1）以網絡為中心。通過將傳感器和火力發射單元通過網絡進行連接，從而擴大防空反導的作戰范圍和區域；

2）要素分散。通過利用網絡集成，將現有的火力單元重新進行調整，使其部署在更大范圍內，同時也使指揮員的指揮更為靈活；

3）混合裝載。通過導彈和發射裝置之間相互通用的方式，使發射裝置不依賴于攔截彈，從而帶來更大的靈活性和分層防御深度；

4）攻防一體發射器。通過將打擊和防御武器裝載在同一個發射單元或發射器內來更好地應對威脅；

5）多任務導彈。通過在導彈上安裝不同類型的彈頭，以實現任意導彈對任意目標的打擊，提高打擊的靈活性并降低作戰成本；

6）集裝箱式發射裝置。通過將網絡化的發射裝置隱藏在普通貨物集裝箱中，實現任何發射裝置在任意地點發射，同時增大對手的發現難度；

7）欺騙式被動防御。通過利用集裝箱數量眾多的特點，采用分散部署的虛擬發射裝置模擬真實裝備的光學、熱能和電磁特征，對敵人進行欺騙，增加對手的作戰成本。

以上內容構成了分布式防御作戰概念的核心，并且相互補充，以增強系統彈性和模塊化，實現更強的攻防一體化性能。

1.2 作戰概念描述語言

作為一種標準化的建模語言，UML 的目標是以面向對象圖的方式來描述任何類型的系統，在仿真建模領域也得到廣泛的研究與應用。它能提供多種模型圖供用戶從不同角度來理解系統，具有定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用等特點［8，12］。

2 分布式防御作戰概念描述

美軍的分布式防御作戰概念白皮書只是給出了該作戰概念的基本定義和主要內容，對于各要素之間如何連通并沒有進行具體的介紹。因而本節首先對分布式防御作戰概念涉及的主要內容進行抽象，然后按照指揮作戰的一般流程進行建模，并綜合運用UML 的不同視圖對分布式防御作戰概念進行描述。

2.1 功能需求模型描述

在UML 中，系統的功能模型通常采用用例圖進行描述。用例圖是從用戶角度表達系統的功能性需求或行為，其核心元素包括參與者、用例、關系。通過展示參與者與用例、用例與用例之間的關系對系統的功能進行建模。

因此，分布式防御的功能模型可用用例圖進行描述。如下頁圖1 所示，根據分布式防御作戰概念的主要內容，系統外部參與者主要是作戰指揮控制系統（Battle Command System），系統主要實現4 個功能：一是防空作戰，主要用于防御無人機和有人機襲擊；二是反導作戰，主要是防御巡航導彈、彈道導彈和高超聲速助推滑翔飛行器等；三是進攻作戰，主要是具備對海（艦）、對空和對地打擊能力；四是被動防御，主要是通過欺騙、機動和分散部署來躲避對手的打擊，保存自己。

圖1 分布式防御作戰概念用例圖

2.2 組成結構描述

在UML 中，采用類圖、組件圖等描述系統的靜態模型。其中，類圖是一種通過顯示類的屬性、操作及類之間的關系，描述系統對象靜態結構的建模方法。

根據分布式防御作戰概念的主要內容，抽象出了對應的8 個類，其中，分布式防御系統是基類，主要包含網絡（Network Centrism）、分散的火力單元（Element Dispersal）、混合裝載（Mixed Loads）、攻防一體發射器（Offense-defense Launchers）、多任務導彈（Multi-mission Shooters）、集裝箱式發射器（Containerized Launchers）、被動防御系統（Passive Defense）等7 個子類。此外，分散的火力單元、攻防一體發射器、多任務發射器、集裝箱式發射器等和網絡之間存在著依賴關系，即通過網絡進行相互連接。根據分布式防御作戰概念的要素特點，各個類還分別具有模塊化（M：Modular）、彈性（R：Resilient）和攻防一體化（ODI：Offense-Defense Integration）等屬性特征。

2.3 動態行為描述

在UML 中，主要采用時序圖、活動圖、狀態圖等描述系統的動態行為。其中，時序圖用于描述系統中各個對象按照時間順序的交互過程，活動圖可以被看作是一種特殊的狀態圖，主要用來描述動作和動作導致對象狀態改變的結果。因此，下面采用時序圖和活動圖描述分布式防御作戰概念的動態行為。

2.3.1 作戰過程描述

圖2 分布式防御作戰概念類圖

圖3 分布式防御作戰概念時序圖

在UML 中，時序圖是顯示對象之間交互的圖，通過描述對象之間的信息交互的時間順序顯示多個對象之間的動態協作關系。基于UML 的動態建模機制，分布式防御作戰過程用時序圖描述如圖3所示。

在信息的交互過程中，反映了分布式防御不同系統之間按時間順序排列的事件。垂直方向上，時間自上而下延伸，反映了系統之間事件間的先后順序。例如，作戰指揮系統在收到預警信息后才會發出進行被動防御和對來襲武器進行攔截，以及對對手發射架進行打擊的指令。水平方向上，消息自箭尾向箭頭傳遞，反映了不同系統之間事件的激活關系。例如，網絡中分散部署的傳感器節點對防御區域進行不間斷的偵察預警，一旦偵察到來襲武器，便會向指揮作戰系統傳遞預警信息，作戰指揮系統再據此下達相應的作戰指令。根據分布式防御作戰的主要內容，其作戰過程主要分為兩個階段，第一個階段是防御階段，根據網絡中傳感器節點獲取的來襲目標信息，指揮相應的火力單元進行攔截，同時進行機動規避或隱藏；第二個階段則是在網絡中傳感器節點探測到來襲目標的發射位置信息后指揮相應的火力單元進行打擊，摧毀對手的發射架。

2.3.2 作戰活動描述

在UML 中，活動圖是描述用例要求所要進行的活動，以及活動間的約束關系，有利于識別并行活動。因此，基于UML 的動態建模機制，分布式防御作戰活動可用活動圖描述。

根據分布式防御的主要構成要素，可以將作戰活動按照網絡、分散火力單元、攻防一體發射器、多任務導彈以及混合裝載系統5 個類進行分組，構建如下頁圖4 所示的泳道圖。采用泳道圖的形式，可以進一步明確各個類所包含的主要活動。

網絡主要活動應包括偵察預警和毀傷評估。偵察預警主要是將網絡中分散部署的傳感器節點獲取的目標探測和定位信息分發給網絡中的火力單元，同時，在完成對目標的攔截和打擊任務后，對目標的毀傷情況進行評估，以決定是否需要進行下一輪的攔截和打擊。分散的火力單元則主要根據網絡提供的目標信息，選擇網絡中最有利的火力單元進行作戰。根據是否發現對手發射架的準確位置，火力單元可以分別完成防空反導攔截和對發射架的打擊任務。攻防一體發射器主要是將進攻和攔截導彈集成在一個火力單元或者一個發射架內，這樣根據任務需要，可以快速選擇采用防御或進攻導彈作戰。多任務發射器主要是發射相應的攔截導彈或進攻導彈。混合裝載系統則在攔截或打擊任務完成后重新進行導彈裝載。

圖4 分布式防御作戰概念活動圖

3 結論

本文采用通用建模語言UML 對分布式防御作戰概念描述方法進行了研究，通過利用UML 的不同視圖模型對分布式防御作戰概念的主要功能、基本結構、作戰過程和作戰活動進行形式化描述，不僅有利于不同背景研究人員對該作戰概念的理解與交流，同時也為我軍未來作戰概念的設計開發奠定了基礎。